Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Такая технология позволяет изготавливать на одной пластине полупроводникового материала несколько сотен интегральных микросхем одновременно. Из-за сложности и высокой стоимости разработки и производства полупроводниковых ИМС, их производство рентабельно лишь при выпуске больших партий этих изделий. Небольшие партии микросхем выгоднее производить с применением гибридной технологии. которая к тому же является более гибкой с точки зрения оперативного изменения топологии схемы и параметров ее элементов. Увеличение сложности ИМС приводит к тому, что микросхемы становятся функционально более специализированными и потребность в них уменьшается. Попыткой преодоления такого противоречия явилось создание программируемых ИМС, называемых микропроцессорами.
Это, по существу, стандартный конструктивный элемент, но с гораздо большими возможностями. По своему функциональному назначению интегральные микросхемы подразделяются на линейно-нмлульсцме и лоапческпе К линейно-иицльсным микрогхелим относят микросхемы, которые обеспечивают примерно пропорциональную зависимость между входными и выходными сигналами. Входным сигналом чаще всего является входное напряжение, реже входной ток, выходным сигналом— выходное напряжение. Простейшим примером линейно-импульсной микросхемы является широкополосный усилитель постоянного тока. Логические пнтегрпльные мпкросхе..ии, как правило, представляют собой устройства с несколькими входами и выходами.
В них как входные, так и выходные напряжения могут принимать лишь определенные значения, при этом выходное напряжение зависит от наличия или отсутствия напряжений на различных входах устройства. Полупроводниковые интегральные микросхемы обладают довольно высокой надежностью, среднее время безотказной работы может дости- 102 гать 10" ч Большие интегральные схемы (БИС), содержащие до нескольких д десятков-сотен тысяч элементов, имеют массу, не превышаюшую несколь ольких грамм При этом большая ее часть приходится на корпус. выводы и , и подложку, а не на активные полупроводниковые элементы Плот„о ть активных элементов в самой БИС достигает 50 000 элемент/сы .
з Важным преимуществом интегральных микросхем являются их малые „ассогабаритные параметры. В гибридных ИМС плотность упаковки догигает нескольких сотен элементов в 1 см объема при степени интеграз ции 2, В полупроводниковых микросхемах плотность упаковки составляет десятки тысяч элементов в 1 см объема при шестой степени интегра- 3 ции, а к концу века ожидается увеличение степени интеграции до семи.
Достоинством интегральных микросхем является также их высокая экономичность. Мощность энергопотребления даже больших интегральных схем обычно не более 100 — 200 мВт. Существуют микросхемы. у которых этот показатель не превышает 10 — 100 мкВт. Полупроводниковые интегральные микросхемы обладают высоким быстродействием, что позволяет создать высокочастотные усилители до нескольких гигагерц и быстродействуюшие логические микросхемы с временем задержки менее О,1 нс. Применение в новейших микросхемах арсенида галлия вместо кремния, а также электронно-оптических элементов позволит еще во много раз увеличить их быстродействие. Вопрос 2.6. Что представляет собой резистор в полупроводниковой микросхеме? Варианть~ <тиета: 2.6.1.
Нанесенную между контактными площадками пленку из материала с высоким удельным сопротивлением. 2.6.2. Это миниатюрный навесной резистор. приваренный к контактным площадкам, 2.6.3. Участок легированного полупроводника с двумя выводами. 2,8. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ Оиглаэяектраника использует оптические и электронные явления в вешествах и их взаимные связи для передачи.
обработки и хранения информации. Элементной базой оптоэлектроники являются оптоэлектронные приборы — оптроны. Оптранаи называется устройство. состоящее из связанных между соой оптически (посредством светового луча) светоизлучателя и фотоприемника и стужащее для управления и для передачи информации Оптрон представляет собой единую констр)кцию. состоягцую из источника и приемника излучения, связанных между собой оптическим каналом. Структурная схема оптрона приведена на рис.
2.37. !03 Рис 2 37 Структурная схема оптрона Входной сигнал, например электрический ток 1 „., преобразуется в светоизлучателе СИ в световой поток Ф, энергия которого пропор. циональна входному сигналу По оптическому каналу ОК световои поток направляется в фотоприемник ФП, где преобразуется в пропорциональное световому потоку значение выходного электрического тока 1„„С помощью устройства управления оптическим каналом УОК можно управлять световым потоком путем изменения физических своиств самого оптического канала '1'аким образом, в оптронах осуществляется двойное преобразование энергии элекгрической в свеговую и световой снова в электрическую Это придает оптронам ряд совершешю новых свойств и позволяет на их основе создавать электронные устройства с исключительно своеобразными параметрами и характеристиками Так, применение оптронов позволяет осуществить почти идеальную электрическую развязку между элемен1ами усгроиства (сопротивление до 10'6 Ом, проходная емкость до 1О ~ пФ) Кроме того, могут быть эффективно использованы такие свойства оптронон, как однонаправленность информации, отсутствие обратнои связи с выхода на вход, высокая помехозащищенность, широкая полоса пропускания (от нуля до сотен и даже тысяч мегагерц), совместимость с другими (полупроводниковыми) приборами Это дает возможность испольэовать оптроны для модулирования сигналов, измерении в высоковольтных цепях, согласования низкочастотных цепей с высокочастотными и низкоомных с высокоомными К недостаткам оптронов следует отнести зависимость их параметров от температуры, низкие КПД и коэффициент передачи.
Рис 2 38 Устройство оптрона 1 — выводы 2 — фотоприемиик 3 — корпус, 4 — оптическая среда, 5 — светодиод 104 устройство оптрона показано на рис 2.38. В качестве излучателей в оптронах используют обычно светодиоды на основе арсенида-фосфида аллия йаАяР или алюминий-арсенида галлия ЬаА1Аз, характеризую„(иеся большой яркостью, высоким быстродействием и длительным сроком службы. Кроме того, они хорошо согласуются по спектральным характеристикам с фотоприемниками на основе кремния. Более подробно светодиоды и их свойства будут рассмотрены в ~ 2.9.
В качестве фотоприемников могут использоваться фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры, работа которых рассмотрена в ~ 2.6 Фотодиоды и фототранзисторы как приемники излучения получили в оптронах наибольшее распространение, поскольку по своим характеристикам и параметрам они могут работать совместно с интегральными микросхемами. Фототиристоры широко применяются в оптронах в качестве ключевых усилителей мощности, управляемых световым излучением Передача светового излучения в оптронах осуществляется через оптический канал, роль которого могут играть различные среды. Назначение оптического канала — передача максимальной световой энергии от излучателя к приемнику.
Передающей средой могут быть воздух, различные иммерсионные среды, а также оптические световоды длиной 1 м и более Световолоконные оптические линии связи позволяют довести пробивное напряжение изоляции между входом и выходом оптрона до 150 кВ, что дает возможность применять оптроны для измерений в высоковольтных цепях Входными параметрами оптронов являются. номинальный входной ток светодиода в прямом направлении 1„„~„и падение напряжения на нем в прямом направлении Ь' при номинальном значении входного тока; входная емкость С,„в заданном режиме, максимально допустимый входной ток 1,„~~„,; максимально допустимое обратное напряжение на входе С"„„6 Выходными параметрами оптронов являются максимально допустимое обратное напряжение С~„,„об„м~к, прикладываемое к выходу: максимально допустимый выходной ток у„,„„„, выходная емкость С~,„; световое А, и темновое А выходные сопротивления (для фоторезисторных оптронов).
Из передаточных параметров исходными являются коэффициент передачи тока К =~У„,„/1„)100, либо дифференциальный коэффициент пеРедачи тока К~я=(Л„„/Н,„)100, выРаженные в пРоцентах Быстродействие оптрона оценивают при подаче на его вход прямоугольного импульса по времени задержки (, от момента подачи импульса до момента достижения выходным током значения 0,1 1„„О~ „,„,, а также по времени нарастания („, выходного тока от О,! до (),9 его максимального значения. Суммарное время задержки и нарастания называют временем 105 включения („. Быстродействие фотоприемника характеризуется его частотными свойствами, т с такой частотой синусоидально модулированного светового потока, при которои чувствительность фотоприемника вследствие инерционности уменьшается в Г2раз.
Значения основных параметров некоторых типов оптронов приведены в табл, П 2 6 Приведем краткое описание некоторых типов наиболее распространенных промышленных оптронов Фотодиодный оптрон. Условное графическое обозначение его приведено на рис 2 39,а В качестве излучателя используется светодиод на основе арсенида галлия В качестве фотоприемников в диодных оптронах используются кремниевые фотодиоды, которые хорошо согласуются по спектральным характеристикам и быстродействию с арсенид-галлиевыми светодиодами. Коэффициент передачи тока диодного оптрона мал (К1=1,0 + 1,5%), однако диодные оптроны являются самыми быстродействующими Как элсмент электрической цепи фотоприемник диодного оптрона может работать в двух режимах: фотопреобразователя с внешним источником питания и фотогенератора без внешнего источника питания.
Эти режимы рассмотрены в 9 2.б Если учесть зависимость светового потока светодиода оптрона от тока 1„через светодиод, то можно найти зависимость тока 1„нагрузочного резистора 11„илн напряжения (1„на нем от входного тока оптрона, т.е. 1а =1 (1„,) или (1а = ~р (1,„) Надо учитывать. что для передачи максимальной энергии требуется согласование нагрузочного резистора с выходным сопротивлением оптрона. Фототранзисторный оптрон (рис 2 39,6) По сравнению с фотодиодным оптроном в качестве фотоприемника в нем используется кремниевый фототранзистор Являясь усилителем базового тока, фототранзистор имеет существенно более высокую чувствительность, чем фотодиод, поэтому ко- Рис 2 39 Условные графические обозначения оптронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
